專利名稱：連續(xù)油管爬行器及其爬行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)油管鉆井工程，有助于連續(xù)油管在水平井段下入更長距離的爬行器及其爬行方法。
背景技術(shù)：
連續(xù)油管技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)、效率、環(huán)保的作業(yè)手段，該技術(shù)在洗井、打撈、水平井、 大位移井、現(xiàn)有井開窗側(cè)鉆等作業(yè)中具有較大的優(yōu)勢，其將成為油田增產(chǎn)、難動用儲量開采和提高最終采收率的主導(dǎo)技術(shù)之一。與此同時，隨著水平井?dāng)?shù)量的增多，連續(xù)油管在水平井段的長度增加，連續(xù)油管與井壁摩擦力增大，僅僅依靠地面注入頭產(chǎn)生的水平驅(qū)動力往往不能使連續(xù)油管達(dá)到預(yù)期的深度，連續(xù)油管在水平井段下入難這一問題也成為制約其發(fā)展的主要因素之一。盡管目前用于石油鉆井技術(shù)的爬行器種類很多，但這些爬行器或多或少的存在一些缺點(diǎn)，不能較好的滿足井下作業(yè)的需求。主要原因有(1)在需要較大動力且環(huán)境較為惡劣的井下，許多爬行器由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，很容易發(fā)生側(cè)翻；(2)對井壁內(nèi)徑的適應(yīng)能力差，而油氣井井眼在某些井段不夠規(guī)則，且可能在同一口井中存在不同直徑的井段，尤其是在裸眼井中，這就要求爬行器能夠做適當(dāng)?shù)淖詣诱{(diào)節(jié)；(3)電驅(qū)動的爬行器需要在連續(xù)油管中加入電纜，占用了有限的鉆井液供給通道，適用范圍小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)油管爬行器及其爬行方法，它利用部分高壓鉆井液，能夠有效的解決連續(xù)油管在水平井段下入長度有限這一難題，使連續(xù)油管在水平井段的下入長度更長。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決此問題所采用的技術(shù)方案是一種連續(xù)油管爬行器， 其特征在于爬行器由活塞桿總成、后爬行裝置、控制器、前爬行裝置四個部分組成，后爬行裝置、控制器、前爬行裝置順次套在活塞桿總成上。活塞桿總成兩端有與連續(xù)油管連接的接頭，內(nèi)部有為井底設(shè)備提供鉆井液的通道、連接前返程液壓腔和后推進(jìn)液壓腔的通道、連接后推進(jìn)液壓腔和前返程液壓腔的通道、 連接前推進(jìn)液壓腔與控制器的通道、連接后推進(jìn)液壓腔與控制器的通道。爬行裝置由井壁固定器和推進(jìn)器組成，井壁固定器由在徑向環(huán)面上均布的三個同步的支撐架、固定液壓腔體、固定活塞桿總成、固定活塞總成、彈簧、空心管組成；支撐架由兩個支撐桿和一個支撐體組成，支撐桿和支撐體之間采用鉸鏈連接，支撐架一端依靠鉸鏈定位在空心管的端面凸臺上，另一端依靠鉸鏈定位在固定活塞桿總成的端面凸臺上；固定活塞桿總成套在空心管上，并可以沿空心管軸向滑動，固定液壓腔體套在空心管上；空心管內(nèi)具有通道和液壓閥；推進(jìn)器包括推進(jìn)液壓腔體、通道、前(后)推進(jìn)活塞總成，前(后)推進(jìn)活塞總成將推進(jìn)液壓腔體分隔成前(后)推進(jìn)液壓腔和前(后)返程液壓腔，推進(jìn)液壓腔體依靠螺栓固定在空心管的端面上；前(后)推進(jìn)活塞總成內(nèi)具有通道和凹槽，止推閥作為通道的開關(guān)置于凹槽內(nèi)，止推閥主要由止推活塞桿、套在活塞桿上的彈簧、端堵組成，端堵和活塞總成采用螺紋連接，止推活塞桿可以在凹槽內(nèi)滑動，彈簧的作用是使止推閥在爬行裝置不工作時處于關(guān)閉狀態(tài)?？刂破鞴潭ㄔ诨钊麠U總成上，其主要包括換向閥、逆止閥、過濾器、單向閥、通道、 排泄通道，其中逆止閥作為爬行器的整體開關(guān)，只有當(dāng)鉆井液壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)定值時才會打開， 換向閥通過改變高壓鉆井液的流道使后爬行裝置和前爬行裝置交替工作。一種連續(xù)油管爬行器的爬行方法，其特征在于隨著連續(xù)油管在水平井段的長度增加，僅僅靠地面的注入系統(tǒng)已經(jīng)不能使井底工具再往前下入時，利用地面液壓泵增大鉆井液的供給泵壓，當(dāng)鉆井液的壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)定值時，控制器中的逆止閥打開，鉆井液經(jīng)控制器進(jìn)入后爬行裝置中的井壁固定器。在液壓的作用下固定活塞總成連同固定活塞桿總成沿空心管軸向滑動，彈簧被壓緊，支撐架徑向張開，將支撐體壓緊在井壁上，通過支撐體和井壁之間的靜摩擦使后爬行裝置固定在井壁上。當(dāng)固定液壓腔體中的壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)定值時，空心管內(nèi)部的液壓閥打開，鉆井液經(jīng)空心管內(nèi)的通道進(jìn)入后推進(jìn)液壓腔，再經(jīng)活塞桿總成中的通道進(jìn)入前返程液壓腔。在高壓鉆井液的作用下前爬行裝置向遠(yuǎn)離控制器的方向移動，繼而除后爬行裝置以外的整個爬行器連同連續(xù)油管向井底的方向前進(jìn)。當(dāng)后推進(jìn)活塞總成中的止推活塞桿與推進(jìn)液壓腔體接觸時，后推進(jìn)活塞總成繼續(xù)前進(jìn)并與止推活塞桿出現(xiàn)相對滑動，止推閥中的彈簧被壓緊，止推閥打開，后推進(jìn)活塞總成中的通道開啟，鉆井液經(jīng)后推進(jìn)活塞總成中的通道進(jìn)入控制器，并使控制器中的換向閥換向，后爬行裝置中的鉆井液經(jīng)控制器排入爬行器和井壁之間的環(huán)空，同時在彈簧的作用下支撐架與井壁脫離接觸。在完成上述過程后，高壓鉆井液經(jīng)控制器進(jìn)入前爬行裝置，在高壓鉆井液的作用下，后爬行裝置向靠近控制器的方向運(yùn)動，繼而除前爬行裝置以外的整個爬行器連同連續(xù)油管向井底的方向前進(jìn)，當(dāng)前推進(jìn)活塞總成靠近推進(jìn)液壓腔體時，前推進(jìn)活塞總成中的止推閥打開，前推進(jìn)活塞總成中的通道開啟，鉆井液經(jīng)該通道進(jìn)入控制器使換向閥換向，前爬行裝置中的鉆井液經(jīng)控制器排入爬行器與井壁之間的環(huán)空。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的優(yōu)點(diǎn)有(1)井壁固定器中的在徑向環(huán)面上的三個同步支撐架使爬行裝置穩(wěn)定性好，不會在井內(nèi)發(fā)生翻滾；(2)液壓驅(qū)動和控制，安全可靠；(3)適用范圍廣，能應(yīng)用在不同尺寸的井眼中；(4)拖動功率大，爬行速度快。


圖1為爬行器整體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為爬行器沿k—k的剖視圖3是爬行器沿B—B截面示意圖； 圖4是止推閥剖視圖； 圖5是控制原理圖； 圖6是爬行器工作原理圖； 圖7是爬行器工作原理圖； 圖8是爬行器工作原理圖； 圖9是爬行器工作原理圖； 圖10是爬行器工作原理圖；圖11是爬行器工作原理圖中1活塞桿總成，2后爬行裝置，3控制器，4前爬行裝置，5推進(jìn)液壓腔體，6通道，7 后推進(jìn)活塞總成，8后推進(jìn)液壓腔，9后返程液壓腔，10支撐桿，11支撐體，12固定活塞桿總成，13固定液壓腔體，14彈簧，15固定活塞總成，16液壓閥，17通道，18通道，19通道，20前推進(jìn)液壓腔，21前返程液壓腔，22接頭，23通道，24空心管，25推進(jìn)液壓腔體，26通道，27井壁，28支撐架，29前推進(jìn)活塞總成，30通道，31止推活塞桿，32止推閥，33彈簧，34端堵，35 凹槽，36通道，37過濾器，38逆止閥，39排泄通道，40單向閥，41換向閥，42通道，43推進(jìn)器。
具體實(shí)施例方式如圖1所示本發(fā)明提供的一種用于連續(xù)油管爬行器，其特征在于爬行器由活塞桿總成1、后爬行裝置2、控制器3、前爬行裝置4四個部分組成。如圖2、圖3和圖4所示活塞桿總成1兩端具有與連續(xù)油管連接的接頭22，內(nèi)部具有為井底設(shè)備提供高壓鉆井液的通道26、連接后返程液壓腔9和前推進(jìn)液壓腔20的通道18、連接后推進(jìn)液壓腔8和前返程液壓腔21的通道23、連接后推進(jìn)液壓腔8與控制器3 的通道30、連接前推進(jìn)液壓腔20與控制器3的通道42 ；每個爬行裝置都由推進(jìn)器43和井壁固定器組成，井壁固定器由在徑向環(huán)面上均布的三個同步支撐架28、固定液壓腔體13、 固定活塞總成15、固定活塞桿總成12、彈簧14、空心管M組成；支撐架觀由兩個支撐桿10 和一個支撐體11組成，支撐桿10和支撐體11之間采用鉸鏈連接，支撐架觀一端依靠鉸鏈定位在空心管M的端面凸臺上，另一端依靠鉸鏈定位在固定活塞桿總成12的端面凸臺上； 空心管M內(nèi)具有通道17，通道17 —端與通道6相連，另一端與換向閥41相連，液壓閥16 位于通道17內(nèi)，空心管M套在活塞桿總成1上，并可以沿活塞桿總成1軸向滑動；固定活塞桿總成12套在空心管M上，并可以沿空心管M上軸向滑動；固定液壓腔體13套在空心管M上，連接方式為螺栓連接；推進(jìn)器43包括推進(jìn)液壓腔體5、通道6、后推進(jìn)活塞總成7， 推進(jìn)液壓腔體5依靠螺栓固定空心管M的端面上，后推進(jìn)活塞總成7固定在活塞桿總成1 上，將推進(jìn)液壓腔體5分隔成后推進(jìn)液壓腔8、后返程液壓腔9，后推進(jìn)活塞總成7內(nèi)具有通道30和凹槽35，止推閥32作為通道30的開關(guān)置于凹槽35內(nèi)，止推閥32包括止推活塞桿 31、套在止推活塞桿31上的彈簧33，端堵34，端堵34和活塞總成7之間采用螺紋連接，止推活塞桿31可以在凹槽35內(nèi)滑動，彈簧33的作用是使止推閥32在爬行裝置不工作時處于關(guān)閉狀態(tài)，除后推進(jìn)活塞總成7以外的整個爬行裝置可以沿活塞桿總成1軸向滑動。如圖1、圖5所示控制器3固定在活塞桿總成1上，其主要由換向閥41、逆止閥 38、過濾器37、單向閥40、連接過濾器37與通道沈的通道36、排泄通道39組成，其中逆止閥38閥作為爬行器的整體開關(guān)，只有當(dāng)鉆井液壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)定值時才會打開，換向閥41通過改變高壓鉆井液的流道使后爬行裝置2和前爬行裝置4交替工作。隨著連續(xù)油管在水平井段的長度增加，僅僅靠地面的注入系統(tǒng)已經(jīng)不能使井底工具再往前下入時，利用地面液壓泵增大鉆井液的供給泵壓，當(dāng)鉆井液壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)定值時，控制器3中的逆止閥38打開，高壓鉆井液進(jìn)入控制器3，爬行器開始工作，其爬行過程分為八個步驟
第一步，如圖6所示高壓鉆井液經(jīng)通道17進(jìn)入固定液壓腔體13，固定活塞總成15連同固定活塞桿總成12沿空心管M軸向滑動，彈簧14被壓緊，支撐架28徑向擴(kuò)張，將支撐體11壓緊在井壁27上，通過支撐體11和井壁27之間的靜摩擦使后爬行裝置2固定在井壁27上；
第二步，如圖7所示當(dāng)固定液壓腔體13中的壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)定值時，液壓閥16打開，高壓鉆井液經(jīng)通道17和通道6進(jìn)入后推進(jìn)液壓腔8，再經(jīng)通道23進(jìn)入前返程液壓腔21，在高壓鉆井液的作用下前爬行裝置4向遠(yuǎn)離控制器3的方向移動；
第三步，如圖8所示后推進(jìn)活塞總成7在液壓的作用下，推動除后爬行裝置2以外的整個爬行器和連續(xù)油管向井底方向移動；
第四步當(dāng)止推活塞桿31與推進(jìn)液壓腔體5接觸時，后推進(jìn)活塞總成7繼續(xù)前進(jìn)并與止推活塞桿31出現(xiàn)相對運(yùn)動，彈簧33被壓緊，通道30開啟，后推進(jìn)液壓8中的部分鉆井液經(jīng)通道30進(jìn)入控制器3，換向閥41換向，后推進(jìn)液壓腔8和前返程液壓腔20中的鉆井液經(jīng)通道6、通道17、換向閥41、單向閥40、排泄通道39排入爬行器和井壁之間的環(huán)空，同時支撐架觀在彈簧14的作用下徑向收縮與井壁27脫離；
第五步，如圖9所示高壓鉆井液經(jīng)通道19進(jìn)入前爬行裝置4，在高壓鉆井液的作用下前爬行裝置4與井壁27固定(原理同第一步)；
第六步，如圖10所示后爬行裝置2在在高壓鉆井液的作用下向靠近控制器3的方向運(yùn)動(原理同第二步)；
第七步，如圖11所示在高壓鉆井液的驅(qū)動下，前推進(jìn)活塞總成四推動除前爬行裝置 4以外的整個爬行器向井底方向前進(jìn)(原理同第三步)；
第八步當(dāng)前推進(jìn)活塞總成四中的止推活塞桿與推進(jìn)液壓腔體25接觸時，前推進(jìn)活塞總成四中的止推閥開啟，前推進(jìn)液壓腔20中的部分鉆井液經(jīng)通道42進(jìn)入控制器3，換向閥 41換向，后返程液壓腔9和前推進(jìn)液壓腔21中的高壓鉆井液排入爬行器和井壁27之間的環(huán)空，同時前爬行裝置4中的井壁固定器在彈簧的作用下與井壁脫離接觸(原理同第四步)。
通過上訴循環(huán)，爬行器拖動連續(xù)油管和井下工具向井底方向前進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于連續(xù)油管鉆井技術(shù)中的井下爬行器，主要由活塞桿總成(1)、后爬行裝置(2)、控制器(3)、前爬行裝置(4)等組成，整個爬行器的特征在于后爬行裝置(2)、控制器(3)、前爬行裝置(4)順次套在活塞桿總成(1)上；活塞桿總成(1)兩端具有與連續(xù)油管連接的接頭(22)，內(nèi)部具有為井底設(shè)備提供高壓鉆井液的通道(26)、連接后返程液壓腔(9)和前推進(jìn)液壓腔(20 )的通道(18 )、連接后推進(jìn)液壓腔(8 )和前返程液壓腔(21)的通道(23 )、 連接后推進(jìn)液壓腔(8)與控制器(3)的通道(30)、連接前推進(jìn)液壓腔(20)與控制器(3)的通道(42)；后爬行裝置(2)由井壁固定器和推進(jìn)器(43)構(gòu)成；井壁固定器由固定液壓腔體 (13)、固定活塞總成(15)、彈簧(14)、固定活塞桿總成(12)、具有通道(17)的空心管(24)、 在徑向環(huán)面上均布的三個支撐架(28)組成，液壓閥(16)位于通道(17)內(nèi)，固定活塞桿總成 (12)套在空心管(24)上；推進(jìn)器(43)由推進(jìn)液壓腔體(5)、通道(6)、后推進(jìn)活塞總成(7) 組成，后推進(jìn)活塞總成(7)固定在活塞桿總成(1)上，將推進(jìn)液壓腔體(5)分隔成后推進(jìn)液壓腔(8)和后返程液壓腔(9)，后推進(jìn)活塞總成(7)內(nèi)具有通道(30)和凹槽(35)，止推閥 (32)作為通道(30)的開關(guān)置于凹槽(35)內(nèi)，止推閥(32)由止推活塞桿(31)、套在止推活塞桿(31)上的彈簧(33)、端堵(34)組成，端堵(34)和后推進(jìn)活塞總成(7)采用螺紋連接；推進(jìn)液壓腔體(5)依靠螺栓固定在空心管(24)的端面上，固定液壓腔體(13)套在空心管(24) 上，靠螺栓連接；前爬行裝置(4)具有和后爬行裝置(2)相似的結(jié)構(gòu)；控制器(3)依靠螺栓固定在活塞桿總成(1)上，其主要由換向閥(41)、逆止閥(38)、過濾器(37)、單向閥(40)、連接過濾器(37)和通道(26)的通道(36)、排泄通道(39)等組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所描述的連續(xù)油管爬行器，其特征在于整個爬行器中包含有兩個結(jié)構(gòu)相似的爬行裝置；每個爬行裝置都由井壁固定器和推進(jìn)器(43)構(gòu)成；井壁固定器在徑向環(huán)面上均布有三個同步的支撐架(28)，支撐架(28)由兩個支撐桿(10)和一個支撐體 (11)組成，支撐桿(10)與支撐體(11)之間采用鉸鏈連接，支撐架(28)—端定位在空心管 (24)的端面凸臺上，另一端定位在固定活塞桿總成(12)的端面凸臺上，其連接方式也是鉸鏈連接；后推進(jìn)活塞總成(7)和控制器(3)分別用螺栓固定在活塞桿總成(1)上，除后推進(jìn)活塞總成(7)以外的整個后爬行裝置(2)可以沿活塞桿總成(1)軸向滑動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)油管爬行器的爬行方法，其特征在于；整個爬行裝置由高壓鉆井液驅(qū)動和控制；當(dāng)通道(26)中的鉆井液壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)定值時，高壓鉆井液經(jīng)控制器進(jìn)入后爬行裝置(2)，在高壓鉆井液的作用下固定活塞總成(15)連同固定活塞桿總成(12) 沿空心管(24)軸向滑動，彈簧(14)被壓緊，支撐架(28)徑向張開，將支撐體(11)壓緊在井壁(27)上，通過支撐體(11)和井壁27之間的靜摩擦使后爬行裝置(2)固定在井壁(27)上； 當(dāng)固定液壓腔體(13)中的壓強(qiáng)達(dá)到設(shè)定值時，液壓閥(16)打開，鉆井液經(jīng)通道(17)和通道 (6)進(jìn)入后推進(jìn)液壓腔(8)，再經(jīng)通道(23)進(jìn)入前返程液壓腔(21)，在鉆井液的作用下前爬行裝置(4)向遠(yuǎn)離控制器(3)的方向移動，繼而除后爬行裝置(2)以外的整個爬行器連同連續(xù)油管向井底的方向前進(jìn)；完成上述過程后，控制器(3)使后爬行裝置(2)中的鉆井液排入爬行器與井壁(27 )之間的環(huán)空，并使通道(26 )中的高壓鉆井液經(jīng)控制器(3 )進(jìn)入前爬行裝置(4)，使后爬行裝置(2)向靠近控制器(3)的方向移動，繼而使除前爬行裝置(4)以外的整個爬行器向井底的方向前進(jìn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于連續(xù)油管的爬行器及其爬行方法，該爬行器主要由前爬行裝置、控制器、后爬行裝置、活塞桿總成等組成，每個爬行裝置均由推進(jìn)器和井壁固定器組成；整個爬行器采用液壓控制和液壓驅(qū)動，通過改變高壓鉆井液的供給通道控制前后爬行裝置交替工作，依靠爬行裝置將高壓鉆井液的動能轉(zhuǎn)化成推動連續(xù)油管和井下工具向井底方向前進(jìn)的機(jī)械能。本發(fā)明結(jié)合連續(xù)油管鉆井技術(shù)的具體特點(diǎn)，很好的解決了連續(xù)油管在水平井段下入難這一技術(shù)難題，有利于水平井鉆井技術(shù)和連續(xù)油管鉆井技術(shù)的發(fā)展。
文檔編號E21B23/08GK102206992SQ20111008119
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者石昌帥, 祝效華, 胡志強(qiáng) 申請人:西南石油大學(xué)